(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の球に内接する多数の三角形構造体を有して前記三角形構造体を隙間なく連設することにより環状に形成された層構造部を積み重ねた階層構造を有するドーム状構造物の耐震設計を行うに際し、建築基準法に規定された設計に必要な構造特性係数を前記各層構造部ごとに求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法であって、
前記三角形構造体は、
三角形の各辺に相当する位置にそれぞれ設けられているフレーム部材と、
前記フレーム部材同士を連結するとともに各三角形の頂点が集まる位置にそれぞれ設けられているコネクタとを備え、
前記コネクタには前記フレーム部材の端部が接合される接合片が設けられるとともに、
所定の材質及び断面形状を有する実験用フレーム部材の端部に前記コネクタからは独立した前記接合片が接合された実験用接合部を形成する段階と、
前記実験用接合部について強度実験を行い終局耐力、剛性及び塑性率（以下、これらを「接合部諸元」とする。）を得る段階と、
前記実験用フレーム部材が所定の部材長を有し、かつ、その両端に前記実験用接合部が接合されたと仮定した単位部材について、その部材長及び前記接合部諸元から前記単位部材の構造特性係数（以下、「フレーム係数」とする。）を算出する段階と、
前記各フレーム係数を有する前記単位部材から構成されると仮定した前記ドーム状構造物の前記各層構造部の構造特性係数（以下、「Ｄｓ値」とする。）を算出する段階と、
前記各単位部材の前記部材長ごとに算出された前記フレーム係数と、このフレーム係数に対応する前記Ｄｓ値とを二次元平面状にプロットする段階と、
そのプロットした各点に基づき、各層構造部の構造特性係数曲線を得る段階と、
を有することを特徴とする構造特性係数曲線の導出方法。
【請求項２】
前記構造特性係数曲線は、複数種類の前記単位部材に係る前記フレーム係数と各単位部材に加わる長期軸力を変動させたときの前記各層構造部のＤｓ値の最大値とを前記各層構造部毎に二次元平面上にプロットした点に基づいて得られることを特徴とする請求項１記載の構造特性係数曲線の導出方法。
【請求項３】
前記構造特性係数曲線は、複数種類の前記実験用接合部の各々について得られた各構造特性係数曲線から、各フレーム係数ごとに最大のＤｓ値を決定し、改めて各フレーム係数とその最大のＤｓ値とを二次元平面上にプロットした各点に基づき得られることを特徴とする請求項１又は２記載の構造特性係数曲線の導出方法。
【請求項４】
前記請求項１、２又は３記載の構造特性係数曲線の導出方法によって導出された構造特性係数曲線を用いて前記ドーム状構造物の前記各層構造部ごとの構造特性係数を決定するための構造特性係数決定方法であって、
実際に使用するフレーム部材の部材長及び前記コネクタが備える前記接合片についての前記接合部諸元から前記フレーム部材に基づくフレーム係数を算出する段階と、
上記段階で算出されたフレーム係数を前記構造特性係数曲線に当てはめ、対応する各層構造部のＤｓ値を決定する段階と、
を有することを特徴とする構造特性係数決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドーム状に形成されるドーム状構造物の構造特性係数を求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法と、この構造特性係数曲線を用いてドーム状構造物の構造特性係数を決定するための構造特性係数決定方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、略半球形状の外観を有するドーム状構造物として、ジオデシックドーム（あるいはフラードーム）と呼ばれるようなドームがある。具体的にはたとえば３本のフレーム部材からなる三角形構造体が、複数個、隙間なく立体的に連設されることで、略半球状（ドーム状）に形成されたものが利用されている。このように形成されることにより、フレーム部材が木質であっても充分な強度を発揮するうえ著しく軽量にできる。これにより、ドーム状構造物は、地震や台風等の災害でも容易に倒壊することがない優れた耐震性、耐風性を確保することができる。
【０００３】
従来、ドーム状構造物は、展示場等の使用目的で比較的、大型の建築物に使用されてきたが、近年、コンパクトな構造で小型の一般住宅としての需要が増加している（たとえば、特許文献１）。
ところで、住宅を設計する場合、建築基準法に規定された耐震設計を行う必要がある。大地震等に対応させて耐震設計を行う場合、この計算に必要な構造特性係数に基づいて必要保有水平耐力が計算される。したがって、大地震等に対応させて耐震設計を行うに際し、この構造特性係数を決定することによって耐震設計を行うことができる。
【０００４】
ここで、上述したドーム状構造物には、階数や、高さや、ドームの直径等のドーム状構造物の規模が住む人の希望により種々異なる住宅となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１８７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このドーム状構造物の規模の異なる各住宅毎に構造特性係数を決定し、この構造特性係数に基づいて耐震設計を行うと、建築基準法で規定された大地震等に対し十分に対応することができる。しかし、上記規模の異なるドーム状構造物毎に使用する部材の強度実験を行い、その実験結果に基づいて精度の高い計算を行って構造特性係数を決定することは膨大なコストが必要となり、時間的、経済的に引き合わないという第１の問題点がある。
【０００７】
また、耐震設計においては、種々の変動要因が含まれているため、その設計過程において、種々の変動要因をそれぞれ個々に変更させた構造特性係数を決定することは経済的ではない。しかし、個々の変動要因の影響を構造特性係数の決定過程に反映させないと大地震に対する安全性を十分に確保することができないという第２の問題点がある。
請求項１記載の発明は、上記した従来の技術の有する第１の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造特性係数を採用した耐震設計を行うに際し、種々の規模の異なるドーム状構造物の構造特性係数を求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記した従来の技術の有する第２の問題点に鑑みてなされたものであり、上記した請求項１に記載の発明の目的に加え、ドーム状構造物の耐震設計において、より安全側に立ったドーム状構造物の構造特性係数を求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法を提供することを目的とする。
請求項３記載の発明は、上記した従来の技術の有する第２の問題点に鑑みてなされたものであり、上記した請求項１又は請求項２に記載の発明の目的に加え、より安全側に立ったドーム状構造物の構造特性係数曲線の導出方法を提供することを目的とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、構造特性係数を採用した耐震設計を行うに際し、種々の規模の異なるドーム状構造物の構造特性係数を簡単に決定することができるドーム状構造物の構造特性係数決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（請求項１）
請求項１記載の発明は、同一の球に内接する多数の三角形構造体40を有して前記三角形構造体40を隙間なく連設することにより環状に形成された層構造部Sを積み重ねた階層構造を有するドーム状構造物10の耐震設計を行うに際し、建築基準法に規定された設計に必要な構造特性係数を前記各層構造部Sごとに求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法であって、前記三角形構造体40は、三角形の各辺に相当する位置にそれぞれ設けられているフレーム部材50と、前記フレーム部材50同士を連結するとともに各三角形の頂点が集まる位置にそれぞれ設けられているコネクタ71とを備え、前記コネクタ71には前記フレーム部材50の端部が接合される接合片77が設けられるとともに、所定の材質及び断面形状を有する実験用フレーム部材51の端部に前記コネクタ71からは独立した前記接合片77が接合された実験用接合部62を形成する段階と、前記実験用接合部62について強度実験を行い終局耐力、剛性及び塑性率（以下、これらを「接合部諸元」とする。）を得る段階と、前記実験用フレーム部材51が所定の部材長を有し、かつ、その両端に前記実験用接合部62が接合されたと仮定した単位部材60について、その部材長及び前記接合部諸元から前記単位部材60の構造特性係数（以下、「フレーム係数」とする。）を算出する段階と、前記各フレーム係数を有する前記単位部材60から構成されると仮定した前記ドーム状構造物10の前記各層構造部Sの構造特性係数（以下、「Ｄｓ値」とする。）を算出する段階と、前記各単位部材60の前記部材長ごとに算出された前記フレーム係数と、このフレーム係数に対応する前記Ｄｓ値とを二次元平面状にプロットする段階と、そのプロットした各点に基づき、各層構造部Sの構造特性係数曲線を得る段階とを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、「ドーム状構造物10」とは、いわゆるジオデシックドーム、あるいはフラードーム等と呼ばれるドーム状の構造物を意味する。
また、「フレーム部材50」は、ドーム状構造物10の骨格となるものであって、ドーム状構造物10を構成する各三角形構造体40の各辺に相当する位置にそれぞれ設けられているものである。
【００１２】
また、「コネクタ71」は、前記フレーム部材50の端部同士を連結するものであって、ドーム状構造物10を構成する各三角形構造体40の頂点が集まる位置にそれぞれ設けられているものである。
ここで、「環状に形成された層構造部Sを積み重ねた階層構造」と記載され、「構造特性係数を前記各層構造部Sごとに求める」と記載されている。この「層構造部S」は、具体的にはドーム状構造物10の上からたとえば第１構造部11、第２構造部12、第３構造部13、第４構造部14及び第５構造部15がある。そして、第５構造部15だけの１つの層構造部Sからなる１階の階層についてのＤｓ値が算出され、第４構造部14から第１構造部11までの４つの層構造部Sが一体となった２階の階層についてのＤｓ値が算出されるものである。
【００１３】
また、前記実験用接合部62の「接合片77」は、実際のコネクタ71から現実に切断等して分離したものではない。すなわち、実験用接合部62の実験のために実際のコネクタ71とフレーム部材50との接合状態と同一の接合状態を再現するために実験用フレーム部材51の端部にコネクタ71から独立した部品として形成しているものである。
【００１４】
本発明は、実験用接合部62の強度実験を行い、この実験結果に基づいて実験用接合部62の塑性率等の接合部諸元を得る。実験用フレーム部材51が所定の部材長を有し、かつ、その両端に実験用接合部62が接合されたと仮定した単位部材60について、その部材長及び接合部諸元から単位部材60のフレーム係数を算出する。そして、このフレーム係数を有する単位部材60から構成されるドーム状構造物10の層構造部SのＤｓ値を算出する。そして、単位部材60の部材長ごとに算出されたフレーム係数と、これに対応するＤｓ値とを二次元平面上にプロットすることで構造特性係数曲線を得ることができる。
【００１５】
この構造特性係数曲線は、実際の設計にあたり、実験用接合部62の実験結果に基づく接合部諸元から実際の建築に用いる単位部材60のフレーム係数を算出するだけで、ドーム状構造物10の各層構造部SのＤｓ値を新たに計算等することなくＤｓ値を簡単に得ることができる。これにより、大きさ等の種々の規模が異なる多種類のドーム状構造物10の各層構造部SのＤｓ値を簡単に得ることができ、規模の異なるドーム状構造物10毎に精度の高いＤｓ値を決定することができて、効率的に耐震設計を行うことができる。
（請求項２）
請求項２記載の発明は、前記構造特性係数曲線は、複数種類の前記単位部材60に係る前記フレーム係数と各単位部材60に加わる長期軸力を変動させたときの前記各層構造部SのＤｓ値の最大値とを前記各層構造部S毎に二次元平面上にプロットした点に基づいて得られることを特徴とする。
【００１６】
構造特性係数曲線は、数種類の前記単位部材60の各フレーム係数と各単位部材60に加わる長期軸力を変動させたときのＤｓ値の最大値とを二次元上にプロットした点に基づいて描かれている。これにより、単位部材60の長期軸力が異なるような場合であっても、耐震設計におけるより安全側の数値をＤｓ値として採用することができる。規模が異なることで荷重が異なって長期軸力が異なるドーム状構造物10の耐震設計において、より安全側に立ったドーム状構造物10の耐震設計を行うことができる。
（請求項３）
請求項３記載の発明は、前記構造特性係数曲線は、複数種類の前記実験用接合部62の各々について得られた各構造特性係数曲線から、各フレーム係数ごとに最大のＤｓ値を決定し、改めて各フレーム係数とその最大のＤｓ値とを二次元平面上にプロットした各点に基づき得られることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、実験用接合部62の種類が異なるような場合であっても、耐震設計におけるより安全側の数値をＤｓ値として採用することができる。これにより、より安全側に立ったドーム状構造物10の耐震設計を行うことができる。
（請求項４）
請求項４記載の発明は、前記請求項１、２又は３記載の構造特性係数曲線の導出方法によって導出された構造特性係数曲線を用いて前記ドーム状構造物10の前記各層構造部Sごとの構造特性係数を決定するための構造特性係数決定方法であって、実際に使用するフレーム部材50の部材長及び前記コネクタ71が備える前記接合片77についての前記接合部諸元から前記フレーム部材50に基づくフレーム係数を算出する段階と、上記段階で算出されたフレーム係数を前記構造特性係数曲線に当てはめ、対応する各層構造部SのＤｓ値を決定する段階とを有することを特徴とする。
【００１８】
ここで、「ドーム状構造物10」、「フレーム部材50」、「コネクタ71」、「層構造部S」及び「接合片77」は、請求項１記載の同語句の説明と同様のものである。
本発明は、構造特性係数曲線を用いることにより、実際に使用するフレーム部材50の部材長及びコネクタ71が備える接合片77についての接合部諸元からフレーム部材50に基づくフレーム係数を算出するだけで、ドーム状構造物10の各層構造部SのＤｓ値を新たに計算等することなく簡単に得ることができる。これにより、大きさ等の種々の規模が異なる多種類のドーム状構造物10の各層構造部SのＤｓ値を簡単に得ることができ、規模の異なるドーム状構造物10毎に精度の高いＤｓ値を決定することができて、効率的に耐震設計を行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、Ｄｓ値を採用した耐震設計を行うに際し、種々の規模の異なるドーム状構造物のＤｓ値を求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法を提供することができる。
請求項２記載の発明によれば、上記した請求項１記載の発明の効果に加え、ドーム状構造物の耐震設計において、より安全側に立ったドーム状構造物のＤｓ値を求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法を提供することができる。
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、ドーム状構造物の耐震設計において、より安全側に立ったドーム状構造物の構造特性係数曲線の導出方法を提供することができる。
請求項４記載の発明によれば、Ｄｓ値を採用した耐震設計を行うに際し、種々の規模の異なるドーム状構造物のＤｓ値を簡単に決定することができるドーム状構造物の構造特性係数決定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態であって、ドーム状構造物の三角形構造体を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態であって、ドーム状構造物の三角形構造体を示す外観側面図である。
【図３】本発明の実施の形態であって、ドーム状構造物の三角形構造体を示す外観平面図である。
【図４】本発明の実施の形態であって、室内側から見た三角構造体のフレーム部材及びコネクタを示す外観図である。
【図５】本発明の実施の形態であって、（Ａ）はドーム状構造物における１つの単位部材の概念図、（Ｂ）はその単位部材の各部分を示す概念図、（Ｃ）は引張実験を行う実験用接合部の概念図である。
【図６】本発明の実施の形態であって、単位部材の基準剛性の考え方を示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態であって、ドーム状構造物の各階層の構造特性係数曲線の導出を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態であって、構造特性係数曲線導出後のドーム状構造物の各階層のＤｓ値の決定を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態であって、単位部材のフレーム係数を算出した数値の一例を示すテーブルである。
【図１０】本発明の実施の形態であって、層間変位とせん断力との関係により所定の階層の塑性率及びＤｓ値を算出する概念図である。
【図１１】本発明の実施の形態であって、長期軸力の変動による所定の階層のＤｓ値の変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態であって、（Ａ）は長期軸力と各階層のＤｓ値との関係を示すグラフ、（Ｂ）はその関係を示すグラフを説明するための概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態であって、異なる長期軸力における単位部材のフレーム係数と所定階層のＤｓ値との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態であって、単位部材のフレーム係数と、各階層のＤｓ値との関係を構造特性係数曲線で示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、ドーム状構造物10のＤｓ値を求めるために用いる構造特性係数曲線の導出方法及びこの構造特性係数曲線を用いてドーム状構造物10のＤｓ値を決定するための構造特性係数決定方法について説明する前に、適用対象となるドーム状構造物の概要について説明する。
図１、図２及び図３に示すように、実施の形態に係るドーム状構造物10には、周囲をドーム状（半球状）に覆うドーム壁520が設けられている。
【００２２】
前記ドーム壁520は、三角形の各辺に相当する位置にそれぞれ設けられている３本のフレーム部材50の端部同士を連結することにより構成される三角形構造体40が複数個、隙間なく立体的に連設されることによりドーム状に形成されている。
【００２３】
前記ドーム状構造物10は、三角形構造体40を隙間なく連設することにより環状に形成された層構造部Sを５層、積み重ねた階層構造により形成されている。
前記層構造部Sは、最上部に位置する構造部であって同一の球に内接する５個の三角形構造体40を隙間なく五角錐状に組み合わせた形状の天井部分としての第１構造部11を有している。
【００２４】
層構造部Sは第１構造部11の下側に第１構造部11とは隙間なく連設されるものであって同一の球に内接する複数個の三角形構造体40を隙間なく環状に組み合わせた形状の第２構造部12を有している。層構造部Sは第２構造部12の下側に第２構造部12とは隙間なく連設されるものであって同一の球に内接する複数個の三角形構造体40を隙間なく環状に組み合わせた形状の第３構造部13を有している。層構造部Sは第３構造部13の下側に第３構造部13とは隙間なく連設されるものであって同一の球に内接する複数個の三角形構造体40を隙間なく環状に組み合わせた形状の第４構造部14を有している。そして、層構造部Sは第４構造部14の下側に第４構造部14とは隙間なく連設されるものであって複数個の三角形構造体40を略環状に組み合わせた形状の第５構造部15を有している。この第５構造部15はコンクリートからなる基礎30（図２参照）の上に固定されている。
【００２５】
本実施の形態では、第２構造部12から第５構造部15までにおいて、同一階層の三角形構造体40は、下側に２つの頂点を有するとともに上側に１つの頂点が配置される順三角形構造体42と、下側に１つの頂点を有するとともに上側に２つの頂点が配置される逆三角形構造体41との２種類の三角形構造体40を有する。順三角形構造体42は、三角形の頂点のみで上層と接するものであり、逆三角形構造体41は、三角形の辺をもって上層と接するものである。すなわち、逆三角形構造体41は、いわゆる「逆三角形」となっている。そして、第２構造部12から第５構造部15までの同一階層の層構造部Sとして、順三角形構造体42と逆三角形構造体41とが円周上に交互に配置された交互層構造部20が形成されている（図２参照）。そして、第１構造部11では、５個の順三角形構造体42によって形成されている。
【００２６】
本実施の形態では、第１構造部11から第４構造部14までは半径Ｒの同一の球に内接する多数の三角形構造体40から構成されている。また、第５構造部15は同一の円柱に内接する多数の三角形構造体40から構成されている。なお、第５構造部15の順三角形構造体42は、図１及び図２に示すように、底辺の位置に相当するフレーム部材50は設けられてない。そこには、図１及び図２の一点鎖線で示される基礎30の上面が配置されている。
前記ドーム状構造物10は、フレーム部材50の端部同士を連結するとともに三角形構造体40の三角形の頂点が集まる位置にそれぞれ設けられている固定手段70としてのコネクタ71を備えている。このコネクタ71には、フレーム部材50の端部が接合される板状の接合片77が複数枚、放射状に設けられている。
【００２７】
そして、各三角形構造体40の各辺に相当する位置にそれぞれ設けた木製のフレーム部材50と各三角形構造体40の各頂点に相当する位置にそれぞれ設けた固定手段70としての金属製のコネクタ71とから、図１に示すドーム状のトラス構造の骨格が構築されている。そして、このドーム状のトラス骨格がドーム状構造物10の構造躯体となる。
前記第５構造部15の下端に設けられるコネクタ71をベースコネクタ72と称する。このベースコネクタ72は、第５構造部15の下端の頂点に集まるフレーム部材50の端部同士を連結するためのものである。また、ベースコネクタ72は、２つの接合片77を有し、２本のフレーム部材50の端部同士を連結するための部材として機能するとともに、トラス骨格を基礎30に接合するための部材としても機能する。
【００２８】
前記第４構造部14と第５構造部15との境界線上に設けられるコネクタ71をビームコネクタ73と称する。前記ビームコネクタ73は、６つの接合片77を有して第４構造部14と第５構造部15との境界線上の頂点に集まる６本のフレーム部材50の端部同士を連結するためのものである。
また、第４構造部14と第５構造部15との間には、１階の天井及び２階の床を設けるための図示しない梁が設けられている。すなわち、本実施の形態に係るドーム状構造物10では、第５構造部15により階層構造の１階の階層が設けられ、第４構造部14から第１構造部11により階層構造の２階の階層が設けられている。
【００２９】
なお、２階の床は全面に設けずに、一部にのみ設けて他は床を設けない吹抜としてもよい。また、階層構造も１階と２階とに限定されるものではなく、１階だけでもよい。
前記ベースコネクタ72及びビームコネクタ73以外のコネクタ71であって、５つの接合片77を有して５本のフレーム部材50の端部が集まる位置（５個の三角形構造体40の頂点が集まる位置）に設けられるコネクタ71を５コネクタ74とする。この５コネクタ74は、その位置に集まる５本のフレーム部材50の端部同士を連結するためのものである。
前記ベースコネクタ72及びビームコネクタ73以外のコネクタ71であって、６つの接合片77を有して６本のフレーム部材50の端部が集まる位置（６個の三角形構造体40の頂点が集まる位置）に設けられるコネクタ71を６コネクタ75とする。この６コネクタ75は、その位置に集まる６本のフレーム部材50の端部同士を連結するためのものである。また、頂上部の五角形の中心部分には、前記５コネクタ74が配置され、５個の三角形構造体40を形成する５本のフレーム部材50の端部が集まっている。
【００３０】
図４に示すように、１つの三角形構造体40においては三角形の各辺に相当する位置にそれぞれフレーム部材50が配置されている。そして、そのフレーム部材50の端部同士がコネクタ71で固定されている（なお、図４では、中央の三角形構造体40の上部のコネクタ71のみ記載し、他のコネクタ71の詳細図は省略している）。この図４に示す三角形構造体40は、第３構造部13の三角形構造体40のうちの１つを示すものであって、三角形の頂点に相当する位置に配置されたコネクタ71には、６コネクタ75が形成されている。
前記６コネクタ75は、ハブ76と、補強平板部78と、６つの接合片77とを有している。
前記ハブ76は、円筒状のものである。前記補強平板部78は、ハブ76の一方の開口を塞ぐように設けられた円板状のものである。前記接合片77は、フレーム部材50を接合するためのものであってハブ76の外周面から外方へ向けて突出する６枚の平板状のものからなる。
【００３１】
前記接合片77は、６コネクタ75が配置される三角形の頂点に集まるフレーム部材50と同じ数（６枚）だけ設けられている。６コネクタ75が配置される三角形の頂点には、６本のフレーム部材50が集まる。
また、各接合片77は、その端部がハブ76の外周面と補強平板部78との双方に接合されている。これにより、フレーム部材50を接合片77で支持するのに十分な強度を発揮する。
【００３２】
前記フレーム部材50は、三角形構造体40の各辺に相当する位置に配置されている。そして、このフレーム部材50は長尺方向に直角の断面形状が長方形状であって全体形状が直方体状の木質から形成されている。このフレーム部材50の端部は、前記コネクタ71の接合片77にボルト及びナット（図示せず）で固定されている。そして、三角形の各辺に相当する位置に設けられた３本のフレーム部材50が、コネクタ71により連結されることにより、三角形のトラス骨格となる三角形構造体40が形成されている。
【００３３】
前記フレーム部材50は、本実施の形態では、１枚の長尺状のものをコネクタ71の１枚の接合片77に固定しているが、特に１枚のフレーム部材50に限定されるものではない。たとえば２枚の長尺状のフレーム部材50を１枚の接合片77に固定してもよい。かかる場合には、２枚の長尺状のフレーム部材50の端部で１枚の接合片77を挟み込むようにして、２枚のフレーム部材50の端部を１枚の接合片77の両面側に固定する。なお、固定方法はこれに限定されるものではない。
【００３４】
上述したような構造からなるドーム状構造物10による住宅を設計する場合、建築基準法に規定された耐震設計を行う必要がある。大地震時の耐震設計として、必要保有水平耐力を計算することで、安全性の確認が行える構造計算を行うことができる。
ここで、構造特性係は、耐震設計する際に必要な数値であり、（１）式に示すように、このＤｓ値に基づいて、必要保有水平耐力を計算することで、当該ドーム状構造物の耐震設計をすることができる。
Ｑｕｎ＝Ｄｓ×Ｆｅｓ×Ｑｕｄ  （１）
ここで、Ｑｕｎは、必要保有水平耐力であり、Ｄｓは構造特性係数であり、Ｆｅｓは形状係数であり、Ｑｕｄは地震力によって各階に生じる弾性応答の場合の水平力である。
【００３５】
図５（Ａ）に示すように、１つの単位部材60は、ドーム状構造物10のＤｓ値を決定するにあたって、計算用の概念として設けられているものである。この単位部材60は、図５（Ｂ）に示すように１本のフレーム部材50と、このフレーム部材50の両端にコネクタ71の接合片77が固定された実験用接合部62とから設けられている。なお、図５（Ｂ）に示す単位部材60の全体の引張強度実験を行うのではなく、図５（Ｃ）に示すように単位部材60の一端側に相当する実験用接合部62の引張強度実験が行われるものである。すなわち、単位部材60の一端側の接合片77とこの接合片77に接合された一端側の実験用フレーム部材51とを有する実験用接合部62の引張強度実験が実施されるものである。
図６に示すように、単位部材60は、両端の実験用接合部62とフレーム部材50とが直列に並んでいる。これにより、この単位部材60の実験用接合部62を含む基準剛性Ｋは、木質からなるフレーム部材50の基準剛性Ｋｏと、実験用接合部62の強度実験結果により決定される実験用接合部62の基準剛性Ｋｉとを用いて、（２）式のように示される。
１／Ｋ＝１／Ｋｉ＋１／Ｋｏ＋１／Ｋｉ＝１／Ｋｏ＋２／Ｋｉ  （２）
図７を用いて、ドーム状構造物10の各階層の構造特性係数曲線の導出方法について説明する。
なお、本実施の形態では、所定の材質及び断面形状を有する実験用フレーム部材51の端部にコネクタ71からは独立した接合片77が接合された実験用接合部62を引張強度の実験片として使用する。
また、本実施の形態では、実験用フレーム部材51が所定の部材長を有し、かつ、その両端に実験用接合部62が接合されたと仮定した単位部材60という概念を計算の便宜上用いている（図５参照）。
また、本実施の形態では、第５構造部15を１階の階層としており、この１階の階層を１つの層構造部として１階の階層のＤｓ値を算出しているものである。そして、第４構造部14から第１構造部11までを２階の階層としており、この２階の階層の４つの層構造部Sを全体として１つの層構造部として２階の階層のＤｓ値を算出しているものである。
【００３６】
先ず、ステップ１１０において、ヤング係数Ｅｏの木質からなり、厚さｂ、高さＤ及び断面積Ａ（ｂ×Ｄ）の断面を有する実験用フレーム部材51の端部にコネクタ71からは独立した接合片77が接合された実験用接合部62の製作が行われる。そして、次のステップ１１１に進む。
ステップ１１１において、実験用接合部62の強度実験が行われ、その強度実験の結果に基づいて、実験用接合部62の基準終局耐力Ｐｕと、基準剛性Ｋｉと、塑性率μｉとが決定される。ここで、基準終局耐力Ｐｕと、基準剛性Ｋｉとは６本の実験片の平均が用いられる。なお、これらの値は全て実験用接合部62の引張強度の実験結果により決定される。
【００３７】
ここで、実験用接合部62の強度実験は、実験用フレーム部材51の端部にコネクタ71からは独立した接合片77が実際の接合手段（ボルト及びナット等）と同様に接合された実験用接合部62の両端を引っ張る引張実験により行われる。実際には、実験用接合部62の一端側の実験用フレーム部材51と、実験用接合部62の他端側のコネクタ71からは独立した接合片77とを引張試験機で引っ張り、荷重及びひずみ（変位）曲線を導出するものである。その結果に基づいて、実験用接合部62の上述した接合部諸元が決定される。そして、次のステップ１１２に進む。
【００３８】
ステップ１１２において、実験用接合部62の塑性率μｉから、実験用接合部62の降伏時変位δｖｉと、実験用接合部62の終局時変位δｕｉとが決定される。なお、実験用接合部62の降伏時変位δｖｉは、（３）式により算出され、終局時変位δｕｉは、（４）式により算出される。
δｖｉ＝Ｐｕ／Ｋｉ  （３）
δｕｉ＝μｉ×δｖｉ  （４）
そして、次のステップ１１３に進む。
【００３９】
ステップ１１３において、フレーム部材50の厚さｂと、高さＤと、断面積Ａ（ｂ×Ｄ）と、長さＬと、ヤング係数Ｅｏとにより、このフレーム部材50の剛性Ｋｏが（５）式により決定される。
Ｋｏ＝Ｅｏ×Ａ／Ｌ  （５）
そして、次のステップ１１４に進む。
【００４０】
ステップ１１４において、単位部材60の降伏時変位δｖｊと、単位部材60の終局時変位δｕｊと、単位部材60の塑性率μｊと、単位部材60のフレーム係数ｄｓｊとが算出される。
単位部材60の実験用接合部62を含む基準剛性Ｋは、（２）式に示されることより、単位部材60の降伏時変位δｖｊはフックの法則により（６）式となる。
δｖｊ＝Ｐｕ×１／Ｋ＝Ｐｕ×（１／Ｋｏ＋２／Ｋｉ）  （６）
単位部材60の終局時変位δｕｊは（７）式により、単位部材60の塑性率μｊは（８）式により、単位部材60のフレーム係数ｄｓｊは（９）式により算出される。なお、本実施の形態では、荷重変形関係をバイリニア型としている。
δｕｊ＝Ｐｕ／Ｋｏ＋２×δｕｉ  （７）
μｊ＝δｕｊ／δｖｊ  （８）
ｄｓｊ＝１／√（２×μｊ−１）  （９）
そして、次のステップ１１５に進む。
【００４１】
ステップ１１５において、上記で決定された単位部材60のフレーム係数ｄｓｊを、統計上、より安全側の数値に修正した単位部材60のフレーム係数ｄｓと、各階層の塑性率μとが決定される。具体的には、ｄｓｊの平均値ｍが決定され、１−ｄｓｊの平均値１−ｍが決定される。そして、標準偏差Ｓが決定され、５％下限値（（１−ｍ）−２．３３６×Ｓ）が決定され、（１−（５％下限値））の値により単位部材60の５％下限値を基準とする単位部材のフレーム係数ｄｓが決定される。各単位部材の塑性率μは、（１０）式にｄｓの値を代入して整理することにより５％下限値を基準とした単位部材60の塑性率μが決定される。
ｄｓ＝１／√（２×μ−１）  （１０）
【００４２】
ステップ１１６において、各単位部材60を用いたドーム状構造物10の各階層のＤｓ値を所定の長期軸力毎に計算により決定する（図１１参照）。ここでは、長期軸力が想定される範囲内で変動するように設定されている。これにより、ドーム状構造物10の大きさ（規模）の相違による建物自体の自重の変動や、この建物に積載されているものの荷重の相違による変動が発生しても、より安全側に立ったＤｓ値を取得することができる。
【００４３】
具体的には、コンピュータを用いた解析モデルに、所定の長期軸力毎に所定の数値を入力して静的弾塑性解析を行っているものである。そして、所定の予め定めた条件（崩壊条件）に達したことに基づいて、各階層における層間変位を計算して、各階層の塑性率を決定し、この塑性率から各階層のＤｓ値を算出しているものである。そして、ステップ１１７に進む。
【００４４】
ステップ１１７において、所定の長期軸力毎に、複数種類の単位部材60のフレーム係数をｘ軸、各単位部材60を用いた各階層のＤｓ値をｙ軸として、ｘｙ座標軸上の二次元平面上に点（ｘ、ｙ）としてプロットされている。具体的には、所定の長期軸力において、各単位部材60の部材長ごとに算出されたフレーム係数と、このフレーム係数に対応するＤｓ値とを二次元平面上にプロットする。さらに、長期軸力を変動させたときの各階層のＤｓ値を同様にプロットする（図１３参照）。そして、次のステップ１１８に進む。
【００４５】
ステップ１１８において、単位部材60のフレーム係数ごとに各階層のＤｓ値の最大値となる点の近似曲線が得られる。具体的には、ｘ軸の各値（単位部材60のフレーム係数）におけるｙ軸の各階層のＤｓ値の最大値となる点の近似曲線が描かれる（図１４参照）。当該近似曲線がドーム状構造物10の各階層の構造特性係数曲線となる。そして、当該段階が終了する。
図８に示すように、構造特性係数曲線導出後のドーム状構造物10の各階層のＤｓ値の決定方法は、下記のようになる。
【００４６】
ステップ２１０において、実際に使用するフレーム部材50（図５参照）に基づく単位部材60のフレーム係数の決定が行われる。具体的には、実験用接合部62が同一であり、フレーム部材50の長さＬ等の寸法のみが異なる場合には、既に得られた実験結果に基づいて、ステップ１１０からステップ１１５に沿って（但し実験用接合部62の強度実験を除く）単位部材60のフレーム係数を算出することができる。そして、次のステップ２１１に進む。
【００４７】
ステップ２１１において、実際に使用するフレーム部材50に基づくフレーム係数から各階層のＤｓ値を決定するための構造特性係数曲線（図１４参照）を用いて、各階層のＤｓ値を決定する。これにより、当該決定方法の各段階が終了する。
【００４８】
結果として、図７のステップ１１８において、各階層の構造特性係数曲線が一旦導出された後は、実際に使用するフレーム部材50に基づくフレーム係数が算出されることで、その構造特性係数曲線を用いて、各階層のＤｓ値が決定される。
【００４９】
図９に示すように、一例として、複数種類の実験用接合部62のうち、実験用接合部62の試験体番号Ｎｏ１に関して実際に６個の同一寸法形状の試験体番号Ｎｏ１の強度実験が行われた。この実験結果に基づいて、試験体番号Ｎｏ１の実験用接合部62の接合部諸元が決定されている。この接合部諸元から上述したような計算式に代入して、最終的に安全側に立った単位部材60のフレーム係数が決定されている。この図９の実験結果により、この単位部材60のフレーム係数が０．５８４と決定されている。この試験体番号Ｎｏ１の実験用接合部62による実験結果に基づいて、図９のフレーム部材50の長さＬ等の寸法形状を変更することにより、寸法の異なる他の種類の単位部材60のフレーム係数が求められる。なお、特に図示していないが、実際には、寸法形状の異なる試験体番号Ｎｏ１からＮｏ７までの７種類の実験用接合部62の強度実験を複数回、繰り返し実施している。
【００５０】
図１０に示すように、解析モデルを用いたコンピュータ解析により、所定階層（具体的には１階）に加わるせん断力と、層間変位とを決定することができる。これは、所定の接合部諸元の実験用接合部62（具体的には、試験体番号Ｎｏ３）を両端部に設けた所定長さの単位部材60を有するドーム状構造物10において、上記で得られた各数値をコンピュータを用いた解析モデルに入力して増分解析（静的弾塑性解析）を所定の長期軸力下で行っているものである。この階層の降伏時変位δｖは、ある単位部材60の実験用接合部62が降伏耐力に達した時点の変位を示している。また、階層の終局時変位δｕは強度実験から得られた実験用接合部62の５％下限値より得られた塑性率μに達した時点の変位を示している。これにより、本実施の形態の当該階層のＤｓ値は安全側に評価されている。結果として、図１０に示すように、弾性域を少し超えた地点が終局時変位δｕとなっており、その地点での終局時変位δｕと、降伏時変位δｖとにより、各階層の塑性率μが（１１）式により決定され、この塑性率μにより階層のＤｓ値が（１２）式により決定される。
【００５１】
μ＝δｕ／δｖ  （１１）
Ｄｓ＝１／√（２×μ−１）  （１２）
そして、特に図示していないが試験体番号Ｎｏ１〜Ｎｏ７の複数種類の実験用接合部62のそれぞれにおいて、フレーム部材50の長さＬ等の寸法形状の異なる単位部材60ごとに、図１０に示すような処理を実施することにより、所定の長期軸力下における各単位部材60を用いた各階層のＤｓ値が決定される。
【００５２】
図１０では、所定の単位部材60において、所定の長期軸力下で、降伏時変位δｖと、終局時変位δｕとが決定され、これにより、塑性率μと、Ｄｓ値とが決定されていた。図１１では、所定の単位部材60において、長期軸力を変動させて、図１０に示すような計算が実施されたものである。
【００５３】
その結果、降伏時変位δｖは、長期軸力が増加すると、緩やかな減少率で減少する。終局時変位δｕは、長期軸力が小さいときは、大きな数値となっており、所定の長期軸力までは、長期軸力が増えるほど、終局時変位δｕは減少するが、所定の長期軸力を超えると、終局時変位δｕの減り方は緩やかなものとなる。
【００５４】
上記のような長期軸力の変動に伴う降伏時変位δｖ及び終局時変位δｕの変化により、この階層のＤｓ値（図中の黒丸）は、長期軸力の数値が小さいうちは、長期軸力が増加するにつれて増加し、所定の長期軸力に到達すると、最大値を示し、その後は、緩やかに減少する。図１１は、所定の単位部材60についての結果であるが、他の種類の単位部材60についても数値の絶対値は異なるが増減の傾向は同様の解析結果が得られたものである。この図１１により示される長期軸力とＤｓ値との関係を他の種類の単位部材60についても同様に解析した結果、その一般的な傾向が図１２（Ａ）に示される。
図１２（Ａ）の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、ドーム状構造物10に使用する単位部材60について、長期軸力と各階層のＤｓ値との関係は、一般的に下記のような傾向を示す。
【００５５】
すなわち、図１２（Ａ）の（ａ）（ｂ）に示すように、ドーム状構造物10の各階層のＤｓ値の値は、長期軸力の数値が小さい範囲では長期軸力が増加するにつれて増加する（大きな値となる）。
そして、図１２（Ａ）の（ｃ）に示すように、ドーム状構造物10の各階層のＤｓ値の値は、所定の長期軸力において最大値を示す。
その後、図１２（Ａ）の（ｄ）に示すように、ドーム状構造物10の各階層のＤｓ値の値は、所定の長期軸力以上においては、長期軸力が増加するにつれて、緩やかに減少していく傾向を示す。
【００５６】
これらは、長期軸力が比較的小さな値である図１２（Ａ）の（ａ）〜（ｃ）では、図１２（Ｂ）に示す圧縮側及び引張側の両方の単位部材60が軸降伏するのに対して、長期軸力が増加した図１２（Ａ）の（ｃ）〜（ｄ）では、長期軸力によるプレストレス効果により図１２（Ｂ）に示す引張側の単位部材60は弾性範囲での変形が可能となり、圧縮側の単位部材60が軸降伏することによるものである。
【００５７】
本実施の形態では、長期軸力を所定の適用範囲内で変動させることにより、ドーム状構造物10の建物規模の変動と、積雪加重による変動とに対して対応することができる。また、適用範囲内の使用が想定される複数種類の実験用接合部62を用いた強度実験を行うことにより、異なる種類の単位部材60に対して対応することができる。
次に、見方を変えて、ドーム状構造物10の各階の高さ（階高）や、ドーム状構造物10の規模の相違により、フレーム部材50の長さが変更されることが想定される。このため、単位部材60のフレーム部材50の長さＬを変更して、単位部材60のフレーム係数が変動したときの各階層のＤｓ値に及ぼす影響を検討した。
【００５８】
図１３には、複数の長期軸力において、単位部材60のフレーム係数と、所定階層（具体的には１階）のＤｓ値との関係が示されている。これは、既に行われた実験用接合部62の実験結果に基づいて、フレーム部材50の長さＬ（図９参照）を変動させることにより、単位部材60のフレーム係数を変動させたものである。所定の長期軸力において、各単位部材60の長さＬごとに算出されたフレーム係数と、このフレーム係数に対応する所定階層（１階）のＤｓ値とを、解析モデルにより算出して二次元平面上にプロットしたものである。そして、その長期軸力を変動させて、同様の作業を行い、８種類の異なる長期軸力毎に同様にプロットしたものである。なお、図１３は、１種類の実験用接合部62から求めたものであって、特に図示していないが、他の種類の実験用接合部62のそれぞれの強度実験結果に基づいて、単位部材60の種類毎に同様のグラフをそれぞれ作成しているものである。なお、１種類の実験用接合部62だけを使用する場合には、そのような作業は不要となり、このグラフだけを用いることになる。
【００５９】
図１３及び他の種類の単位部材60のグラフの作成の結果、長期軸力ごとに検討を行った結果、単位部材60のフレーム係数の各値ごとに、単位部材60のフレーム係数に対する各階層のＤｓ値が最大となる所定の長期軸力が明らかになった。
そして、複数種類の単位部材60に係るフレーム係数と各単位部材60に加わる長期軸力を変動させたときの各階層のＤｓ値の最大値とを各階層毎に二次元平面上に点としてプロットする。
【００６０】
さらに、複数種類の実験用接合部62の各々について得られた構造特性係数曲線から、各フレーム係数ごとに最大のＤｓ値を決定し、改めて各フレーム係数とその最大のＤｓ値とを二次元平面上にプロットする。
そして、このプロットした点を各階層毎に重ねて、単位部材60のフレーム係数に対する各階層のＤｓ値の最大となる点を曲線で結ぶことにより、図１４に示す構造特性係数曲線が得られる。
図１４に示すように、構造特性係数曲線の各階層のＤｓ値は、１階が、２階よりも高い数値となっている。
【００６１】
ドーム状構造物10の耐震設計を行う際、実際に使用するフレーム部材50及びコネクタ71が備える接合片77に基づく実験用接合部62が、既に強度実験を行った実験用接合部62と同一であるが、ドーム状構造物10の規模（大きさ、直径）が異なり、その実験用接合部62を両端に有するフレーム部材50の長さ等の寸法形状が異なる場合には、図９に示すように、既に得られている実験用接合部62の接合部諸元から、同様の演算をすることにより、単位部材60のフレーム係数を、新たな強度実験等をすることなく、机上の数値計算だけで簡単に得ることができる。そして、かかる単位部材60のフレーム係数が決定された後は、上記と同様に、単位部材60のフレーム係数から図１４の構造特性係数曲線を用いて、簡単に各階層のＤｓ値を得ることができる。
【００６２】
また、ドーム状構造物10の耐震設計を行う際、実際に使用するフレーム部材50及びコネクタ71が備える接合片77に基づく実験用接合部62が、既に強度実験を行った実験用接合部62と同一でない場合には、この実験用接合部62の強度実験を実行することにより、この実験用接合部62の接合部諸元（基準終局耐力Ｐｕ、基準剛性Ｋｉ、塑性率μｉ）を決定することができる。そして、この実験用接合部62の前記接合部諸元が決定されれば、図９で説明したような演算をすることにより、単位部材60のフレーム係数を、簡単に得ることができる。そして、かかる単位部材60のフレーム係数が決定された後は、単位部材60のフレーム係数から図１４の構造特性係数曲線を用いて、簡単に各階層のＤｓ値を得ることができる。
【００６３】
本実施の形態は、実験用接合部62の強度実験を行い、この実験結果に基づいて実験用接合部62の塑性率等の接合部諸元を得る。実験用フレーム部材51が所定の部材長を有し、かつ、その両端に実験用接合部62が接合されたと仮定した単位部材60について、その部材長及び接合部諸元から単位部材60のフレーム係数を算出する。そして、このフレーム係数を有する単位部材60から構成されるドーム状構造物10の各階層のＤｓ値を算出する。そして、単位部材60の部材長ごとに算出されたフレーム係数と、これに対応するＤｓ値とを二次元平面上にプロットすることで構造特性係数曲線を得ることができる。
【００６４】
本実施の形態に係る構造特性係数曲線は、数種類の前記単位部材60の各フレーム係数と各単位部材60に加わる長期軸力を変動させたときのＤｓ値の最大値とを二次元上にプロットした点に基づいて描かれている。これにより、単位部材60の長期軸力が異なるような場合であっても、耐震設計におけるより安全側の数値をＤｓ値として採用することができる。規模が異なることで荷重が異なって長期軸力が異なるドーム状構造物10の耐震設計において、より安全側に立ったドーム状構造物10の耐震設計を行うことができる。
【００６５】
本実施の形態では、実験用接合部62の種類が異なるような場合であっても、耐震設計におけるより安全側の数値をＤｓ値として採用することができる。これにより、より安全側に立ったドーム状構造物10の耐震設計を行うことができる。
本実施の形態に係る構造特性係数曲線は、複数種類の前記単位部材60の各フレーム係数と各単位部材60の寸法を変動させたときの各階層のＤｓ値の最大値とを二次元上にプロットした点に基づいて描かれている。これにより、単位部材60の寸法が異なるような場合であっても、耐震設計におけるより安全側の数値を各階層の構造特性係数として採用することができる。単位部材60の長さが異なることで規模が異なるドーム状構造物10の耐震設計において、より安全側に立ったドーム状構造物10の耐震設計を行うことができる。
【００６６】
本実施の形態は、構造特性係数曲線を用いることにより、実際に使用するフレーム部材50の部材長及びコネクタ71が備える接合片77についての接合部諸元からフレーム部材50に基づくフレーム係数を算出するだけで、ドーム状構造物10の各階層のＤｓ値を新たに計算等することなく簡単に得ることができる。これにより、大きさ等の種々の規模が異なる多種類のドーム状構造物10の各階層のＤｓ値を簡単に得ることができ、規模の異なるドーム状構造物10毎に精度の高いＤｓ値を決定することができて、効率的に耐震設計を行うことができる。
【符号の説明】
【００６７】
10  ドーム状構造物                      S  層構造部
11  第１構造部                          12  第２構造部
13  第３構造部                          14  第４構造部
15  第５構造部                          20  交互層構造部
30  基礎                                40  三角形構造体
41  逆三角形構造体                      42  順三角形構造体
50  フレーム部材                        51  実験用フレーム部材
60  単位部材                            62  実験用接合部
70  固定手段                            71  コネクタ
72  ベースコネクタ                      73  ビームコネクタ
74  ５コネクタ                          75  ６コネクタ
76  ハブ                                77  接合片
78  補強平板部                          520  ドーム壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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